JP6206582B2 - 手押し車 - Google Patents

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Description

この発明は、車輪を備え、倒立振子制御を行う手押し車に関するものである。
従来、車輪を備え、倒立振子制御を行う手押し車が知られている。例えば、特許文献1には、一対の車輪と、一対の車輪を駆動する駆動部と、一対の車輪に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、本体部に対してピッチ方向に回転可能に支持されている補助輪と、を備えた歩行補助車が開示されている。駆動部は、主輪に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する。本体部における一対の車輪とは逆側の端には、把持部が設けられている。
高齢者、身障者等のユーザは、補助輪側から把持部を握り、当該歩行補助車を地面上で前後方向へ動かす。当該歩行補助車は、駆動部により一対の車輪の回転を制御する倒立振子制御を行う。これにより、当該歩行補助車は、ユーザの歩行を補助している。
国際公開第2012/114597号パンフレット
しかしながら、特許文献1の歩行補助車では、ユーザと歩行補助車の位置関係から、進行方向とは逆側の後方に傾斜した本体部の端(即ち把持部)に、ユーザがもたれ掛かかる可能性がある。そして、特許文献1の歩行補助車は、倒立振子制御により、本体部の傾斜に応じてモータを駆動させる構造を有する。
そのため、特許文献1の歩行補助車は、ユーザが把持部にもたれ掛かかることによって本体部が大きく傾斜し、その傾斜に応じてモータに大きなトルクを発生させてしまう。すなわち、特許文献1の歩行補助車は、ユーザが把持部にもたれ掛かかることによって、歩行補助車が後退しようとする。
よって、特許文献1の歩行補助車では、ユーザが把持部にもたれ掛かかったとき、ユーザが後方へ押し返されてしまうという問題がある。
また、ユーザは、歩行補助車にもたれ掛かったままその場に制止したい場合でも、後方に押し返されてしまうという問題もある。
そこで、この発明は、ユーザが後方へ押し返されることを防止または抑制できる、倒立振子制御可能な手押し車を提供することを目的とする。
本発明の手押し車は、第1車輪と、一方の端が、第1車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、本体部の一方の端または第1車輪の回転軸に支持されている支持部と、を備えている。
また、本発明の手押し車は、第1車輪の回転による支持部の進行方向に対して第1車輪より後方で支持部に回転可能に支持されている第2車輪と、本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出する検出部と、検出部の出力に基づいて、本体部の目標値に対するピッチ方向の角度変化が0になるように第1車輪を駆動、制御する駆動制御部と、を備えている。
さらに、本発明の手押し車は、本体部の他方の端に接続され、他方の端から進行方向の後方側へ延伸されている延伸部と、支持部における所定の領域と延伸部とを連結する連結部と、を備えている。また、連結部は、支持部と延伸部とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている。支持部と延伸部と本体部と連結部は枠形状を構成する。
支持部における所定の領域とは、支持部における第1車輪の回転軸から第2車輪の回転軸までの領域である。支持部における第1車輪の回転軸から第2車輪の回転軸までの領域とは、回転軸上の箇所だけでなく、手押し車の高さ方向における回転軸の上下に位置する箇所も含む。
この構成においてユーザは、延伸部を握る、或いは前腕等を延伸部に載せ、手押し車を地面上で前後方向へ動かす。手押し車は、倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助する。
この構成では、ユーザが延伸部にもたれ掛かかったとき、ユーザが延伸部に対して重力方向にかけた力は、連結部を介して、支持部に指示されている第1車輪および第2車輪に分散して伝わる。
そのため、ユーザが延伸部にもたれ掛かかっても、本体部を回転させるモーメントが生じず、本体部が傾斜しない。すなわち、この構成の手押し車は、倒立振子制御により後退しようとしない。
よって、ユーザが延伸部にもたれ掛かかったとき、ユーザが後方へ押し返されることを防止または抑制できる。また、ユーザは、この構成の手押し車にもたれ掛かったままその場に制止することも可能である。
一方、この構成では、本体部の一方の端が、第1車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されており、連結部が、支持部と延伸部とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている。
そのため、ユーザは、延伸部を前後に押すことで、本体部を前後方向へ傾斜させることは可能である。そのため、この構成の手押し車は、本体部の傾斜に応じて倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助することができる。
したがって、本発明によれば、ユーザが延伸部にもたれ掛った時に後方へ押し返されることを防止または抑制できる、倒立振子制御可能な手押し車を提供できる。
また、支持部と延伸部とは、平行または略平行であり、本体部と連結部とは、平行または略平行である、ことが好ましい。
この構成では、ユーザが、延伸部を前後に押すことで、本体部を前後方向へ傾斜させたとき、連結部も本体部に連動して傾斜し、本体部との平行状態または略平行状態を維持する。
同様に、延伸部も本体部に連動して傾斜し、延伸部は、支持部との平行状態または略平行状態を維持する。そのため、延伸部の上面を水平な地面に対して平行または略平行となるよう設けることで、ユーザが延伸部を前後に押して本体部を前後方向へ傾斜させても、延伸部の上面は、水平な地面に対して常に平行または略平行となる。よって、ユーザは、延伸部の上に荷物等を載置することができる。
したがって、本発明によれば、ユーザの使い勝手が向上する。
また、連結部は、鉛直方向へ延伸されていることが好ましい。
この構成では、ユーザが延伸部にもたれ掛かかったとき、ユーザが延伸部に対して重力方向にかけた力が、連結部を介して、支持部に指示されている第1車輪および第2車輪に伝わり易い。
また、延伸部の延伸方向における延伸部の一方端は本体部の他方端に接続され、前記延伸方向における延伸部の他方端は連結部に接続されていることが好ましい。
したがって、本発明によれば、ユーザが後方へ押し返されることをより防止または抑制できる。
この発明によれば、ユーザが後方へ押し返されることを防止または抑制できる、倒立振子制御可能な手押し車を提供できる。
本発明の第1実施形態である手押し車100の外観斜視図である。 図1に示す手押し車100の概略側面図である。 図1に示す手押し車100の構成を示す制御ブロック図である。 図1に示す手押し車100の前進時の概略側面図である。 図1に示す手押し車100の後進時の概略側面図である。 ユーザが把持部16にもたれ掛かった時の様子を示す手押し車100の概略側面図である。 本発明の第2実施形態である手押し車200の外観斜視図である。 本発明の第3実施形態である手押し車300の外観斜視図である。
以下、本発明の第1実施形態である手押し車100について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態である手押し車100の外観斜視図である。図2は、図1に示す手押し車100の概略側面図である。
手押し車100は、図1、図2に示すように、本体部110と、主輪111と、支持部112と、補助輪113と、延伸部116と、連結部117と、傾斜角センサ20と、ジャイロセンサ24と、を備えている。この実施形態において手押し車100は、高齢者、身障者等のユーザの歩行を補助する歩行補助車である。その他、手押し車100は例えば、ベビーカーやショッピングカートとして利用される。
なお、主輪111が、本発明の「第1車輪」に相当する。また、補助輪113が、本発明の「第2車輪」に相当する。また、傾斜角センサ20もしくは、ジャイロセンサ24あるいは両方ともが、本発明の「検出部」に相当する。
2本の支持部112は、棒状の部材である。また、各支持部112の一方の端は、一対の主輪111の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている。支持部112の上面には、傾斜角センサ20が取り付けられている。また、各支持部112の他方の端には、補助輪113が回転可能に支持されている。
一対の主輪111は、互いに対向するよう駆動軸に取り付けられ、同期して回転する。一対の補助輪113は、手押し車100の進行方向に対して主輪111より後方で支持部112に回転可能に支持されている。そのため、手押し車100では、一対の主輪111が前輪であり、一対の補助輪113が後輪である。また、各主輪111の直径は、各補助輪113の直径より長い。
なお、一対の主輪111は、それぞれ個別に駆動させ、回転させることも可能である。また、この実施形態においては、主輪111は2輪である例を示しているが、2輪に限られるものではない。同様に、補助輪113も2輪である例を示しているが、2輪に限られるものではない。
本体部110は、鉛直方向へ延伸されている逆T字状の筐体部6と、筐体部6の地面とは逆側の上面に接続され、鉛直方向へ延伸されている支柱部5と、支柱部5の地面とは逆側の先端と接続され、支柱部5と直交する方向へ延伸されている筒部4と、を有する。
筐体部6の側面には、ジャイロセンサ24が取り付けられている。また、筐体部6の内部には、後述する制御部21、駆動部25や駆動用の電池(図示せず)などが設けられている。
なお、この実施形態では、ジャイロセンサ24が筐体部6の側面に取り付けられているが、これに限るものではない。ジャイロセンサ24が筐体部6の内部に取り付けられていてもよい。
本体部110の一方の端は、一対の主輪111に対してピッチ方向へ回転可能に支持されている。本体部110の他方の端にある筒部4には、延伸部116に備えられる棒状の接続部14が挿入されている。接続部14は、筒部4に対して回転しないよう、筒部4に固定されている。これにより、本体部110の他方の端は、延伸部116に接続されている。
延伸部116は、本体部110の他方の端から、手押し車100の進行方向の後方側(即ち、ユーザ側)へ延伸されている。延伸部116は、筒部4に挿入されている棒状の接続部14と、接続部14に対して把持部16とともに回転する第1ヒンジ部15と、U字状の把持部16と、連結部117に対して把持部16とともに回転する第2ヒンジ部17と、を有する。延伸部116は、棒状の接続部14とU字状の把持部16とによって、枠形状を構成している。
また、延伸部116には、ユーザインタフェース(後述の図3に示すユーザI/F28)が設けられている。ユーザI/F28には、手押し車100の電源スイッチ等が設けられている。
各支持部112における、主輪111の回転軸から補助輪113の回転軸までの領域と把持部16とは、連結部117によって連結されている。ここで、この連結は、本体部110のピッチ方向の傾きが目標値にあるとき、ユーザが把持部16に対して重力方向にかける力の位置として、その力線が主輪111および補助輪113の間を通るように設定されている。この設定により、ユーザが把持部16に対して重力方向にかけた力が、本体部110を倒すモーメントとして働きにくくなる。
また、把持部16は、第2ヒンジ部17によって連結部117に対してピッチ方向に回転可能に支持されている。また、連結部117は、第3ヒンジ部18によって、支持部112に対してピッチ方向に回転可能に支持されている。
したがって、連結部117は、支持部112と延伸部116とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている。
また、支持部112及び延伸部116は、平行または略平行である。また、本体部110及び連結部117は、平行または略平行である。また、連結部117は、鉛直方向へ延伸されている。
ここで、図2に示す4つの点線は、第1ヒンジ部15の回転軸と第2ヒンジ部17の回転軸とを通過する第1直線L1と、主輪111の回転軸と第3ヒンジ部18の回転軸とを通過する第2直線L2と、本体部110を長手方向に通過する第3直線L3と、連結部117を長手方向に通過する第4直線L4と、を示している。
詳述すると、支持部112及び延伸部116が平行であるとは、延長しても第1直線L1と第2直線L2とが交差しないことである。また、支持部112及び延伸部116が略平行であるとは、延長したときに第1直線L1と第2直線L2とが交差し、第1直線L1と第2直線L2との成す角度が0度より大きく5度より小さいことである。
また、本体部110及び連結部117は、平行または略平行である。本体部110及び連結部117が平行であるとは、延長しても第3直線L3と第4直線L4とが交差しないことである。また、本体部110及び連結部117が略平行であるとは、延長したときに第3直線L3と第4直線L4とが交差し、第3直線L3と第4直線L4との成す角度が0度より大きく5度より小さいことである。
そのため、手押し車100の停止時では、支持部112と延伸部116と本体部110と連結部117とは、側面視したとき、平行四辺形または略平行四辺形の枠形状を構成する。
次に、手押し車100の構成および基本動作について説明する。
図3は、図1に示す手押し車100の構成を示す制御ブロック図である。手押し車100は、傾斜角センサ20、制御部21、ROM22、RAM23、ジャイロセンサ24、駆動部25、ロータリエンコーダ27、およびユーザI/F28を備えている。
制御部21は、手押し車1を統括的に制御する機能部であり、ROM22に記憶されているプログラムを読み出し、当該プログラムをRAM23に展開することで種々の動作を実現する。
駆動部25は、筐体部6の内部に設けられており、一対の主輪111を駆動する。
ロータリエンコーダ27は、筐体部6の内部に設けられ、主輪111の回転角度を検知し、検知結果を制御部21に出力する。制御部21は、ロータリエンコーダ27から入力される主輪111の回転角度を微分し、主輪111の角速度を算出する。
傾斜角センサ20は、鉛直方向に対する支持部112の傾斜角を検知し、制御部21に出力する。
ジャイロセンサ24は、本体部110のピッチ方向(図1における主輪111の回転軸を中心とする回転方向)の角速度を検知し、制御部21に出力する。
なお、本実施形態では、主輪111の回転が停止しているかどうかを検知する手段として、ロータリエンコーダ27を用いる例を示したが、これに限るものではなく、その他どの様なセンサを用いてもよい。
同様に、本実施形態では、鉛直方向に対する支持部112の傾斜角を検知する手段として、傾斜角センサ20を用いる例を示したが、これに限るものではなく、その他どの様なセンサを用いてもよい。
同様に、本実施形態では、本体部110のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検知する手段として、ジャイロセンサ24を用いる例を示したが、これに限るものではない。加速度センサを用いることも可能であるし、その他どの様なセンサを用いてもよい。
制御部21は、ジャイロセンサ24の検知結果に基づいて、本体部110のピッチ方向の角度変化が0となるように、かつ本体部110の鉛直方向に対する傾斜角度が目標値(例えば、0や0に近い値)になるように、駆動部25により主輪111を回転し、倒立振子制御を行う。
この倒立振子制御について以下詳述する。
制御部21は、傾斜角センサ20の検知結果に基づいて本体部110のピッチ方向の傾斜角度を算出する。これにより、制御部21は、手押し車100が存在する地面の、鉛直方向に対する傾斜角を推定する。
そして、制御部21は、本体部110のピッチ方向の目標傾斜角度(例えば、鉛直方向である0度)と本体部110のピッチ方向の傾斜角度との差を算出し、その差に適切なゲインを掛けて本体部110のピッチ方向の目標角速度を算出する。
また、制御部21は、ジャイロセンサ24の検知結果に基づいて本体部110の傾斜角速度を算出する。さらに、制御部21は、本体部110のピッチ方向の目標角速度と本体部110の傾斜角速度との差を算出し、その差に適切なゲインもしくはPID制御計算を行い、本体部110のピッチ方向の傾斜角が鉛直方向に対して0、かつ本体部110のピッチ傾斜角速度が0に近づくトルクを算出する。
そして、制御部21は、算出したトルク値を、駆動部25に出力する。
駆動部25は、一対の主輪111に取り付けられた軸を回転させるモータを駆動する。駆動部25は、制御部21から入力されたトルク値を主輪111のモータに印加し、主輪111を回転させる。
図4は、図1に示す手押し車100の前進時の概略側面図である。図5は、図1に示す手押し車100の後進時の概略側面図である。図6は、ユーザが把持部16にもたれ掛かった時の様子を示す手押し車100の概略側面図である。図6の矢印は、手押し車100の各部に生じる力を示している。
以上の構成において、ユーザは、補助輪113側から把持部16を握る、或いは前腕等を把持部16に載せ、手押し車100を地面上で前後方向へ動かす。手押し車100は、倒立振子制御を行い、本体部110が所定の目標傾斜角度となっている状態を維持する。
そのため、図4に示すように、ユーザが把持部16を握って把持部16を前方向へ押した場合でも、主輪111が回転して支持部112も前方向へ移動し、本体部110の姿勢は一定に保たれる。
反対に、図5に示すように、ユーザが把持部16を握って把持部16を後方向へ引いた場合でも、主輪111が回転して支持部112も後方向へ移動し、本体部110の姿勢は一定に保たれる。このようにして手押し車100は、倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助する。
ここで、ユーザが把持部16にもたれ掛かかったとき、ユーザが把持部16に対して重力方向にかけた力は、図6に示すように、連結部117を介して、支持部112に支持されている主輪111および補助輪113に分散して伝わる。
そのため、ユーザが把持部16にもたれ掛かかっても、本体部110を回転させるモーメントが生じにくく、本体部110が傾斜しにくい。すなわち、手押し車100は、倒立振子制御により後退しようとしない。
よって、ユーザが把持部16にもたれ掛かかったとき、ユーザが後方へ押し返されることを防止または抑制できる。また、ユーザは、この構成の手押し車100にもたれ掛かったままその場に制止することも可能である。
一方、手押し車100では、本体部110の一方の端が、主輪111の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されており、連結部117が、支持部112と把持部16とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている。
そのため、ユーザは、図4、図5に示すように、把持部16を前後に押すことで、本体部110を前後方向へ傾斜させることは可能である。そのため、手押し車100は、本体部110の傾斜に応じて倒立振子制御を行い、ユーザの歩行を補助することができる。
したがって、本実施形態によれば、ユーザが把持部16にもたれ掛った時に後方へ押し返されることを防止または抑制できる、倒立振子制御可能な手押し車100を提供できる。
また、手押し車100において、支持部112と把持部16とは、平行または略平行であり、本体部110と連結部117とは、平行または略平行である。
そのため、この構成では、図4、図5に示すように、ユーザが把持部16を前後に押すことで、本体部110を前後方向へ傾斜させたとき、連結部117も本体部110に連動して傾斜し、本体部110との平行状態または略平行状態を維持する。
同様に、図4、図5に示すように、把持部16も本体部110に連動して動き、把持部16は、支持部112との平行状態または略平行状態を維持する。そのため、把持部16の上面Uを水平な地面に対して平行または略平行となるよう設けることで、ユーザが把持部16を前後に押して本体部110を前後方向へ傾斜させても、把持部16の上面Uは、水平な地面に対して常に平行または略平行な状態となる。よって、ユーザは、把持部16の上に荷物等を載置することができる。
したがって、手押し車100によれば、ユーザの使い勝手が向上する。
また、手押し車100において、連結部117は、鉛直方向へ延伸されている。
そのため、この構成では、ユーザが把持部16にもたれ掛かかったとき、ユーザが把持部16に対して重力方向にかけた力が、図6に示すように、連結部117を介して、支持部112に指示されている主輪111および補助輪113に伝わり易い。
したがって、手押し車100によれば、ユーザが後方へ押し返されることをより防止または抑制できる。
以下、本発明の第2実施形態である手押し車200について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態である手押し車200の外観斜視図である。
第2実施形態の手押し車200が第1実施形態の手押し車100と相違する点は、延伸部216である。延伸部216は、把持部26と第2ヒンジ部17とを備え、接続部14と第1ヒンジ部15とを備えない。把持部26は、U字状であり、本体部110の他方の端にある筒部4に挿入され、筒部4に回転可能に支持されている。
これにより、本体部110の他方の端は、延伸部216に接続されている。この延伸部216は、本体部110の他方の端から、手押し車200の進行方向の後方側(即ち、ユーザ側)へ延伸されている。
そして、各支持部112における、主輪111の回転軸から補助輪113の回転軸までの領域と把持部26とは、連結部117によって連結されている。連結部117は、支持部112と把持部26とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている。
その他の構成については、手押し車100と同じである。
したがって、手押し車200によれば、手押し車100と同様の作用効果を奏する。
以下、本発明の第3実施形態である手押し車300について説明する。
図8は、本発明の第3実施形態である手押し車300の外観斜視図である。
第3実施形態の手押し車300が第1実施形態の手押し車100と相違する点は、延伸部316である。延伸部316は、把持部36と第2ヒンジ部17とを備え、接続部14と第1ヒンジ部15とを備えない。把持部36は、長方形の枠状であり、本体部110の他方の端にある筒部4に挿入され、筒部4に回転可能に支持されている。
これにより、本体部110の他方の端は、延伸部316に接続されている。この延伸部316は、本体部110の他方の端から、手押し車300の進行方向の後方側(即ち、ユーザ側)へ延伸されている。
そして、各支持部112における、主輪111の回転軸から補助輪113の回転軸までの領域と把持部36とは、連結部117によって連結されている。連結部117は、支持部112と把持部36とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている。
その他の構成については、手押し車100と同じである。
したがって、手押し車300によれば、手押し車100と同様の作用効果を奏する。
なお、前記実施形態において、支持部112と延伸部116、216、316のそれぞれとは、平行であり、本体部110と連結部117とは、平行であるが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、本体部と連結部とは平行であり、支持部が水平な地面に対して平行であり、支持部と延伸部とは平行でなくてもよい。
また、前記実施形態において、連結部117は、鉛直方向へ延伸されているが、これに限るものではない。実施の際は、連結部がほぼ鉛直方向へ延伸されている態様であってもよい。
また、前記実施形態では、図1、図7、図8に示すように、支持部112における、主輪111の回転軸から補助輪113の回転軸までの領域の中心付近と把持部16、26、36とが連結部117によって連結されているが、これに限るものではない。実施の際は、例えば、支持部における補助輪の回転軸上の箇所と延伸部とが連結部によって連結されていてもよい。
また、実施の際、支持部が、主輪の回転軸でなく、本体部の一方の端に支持されていてもよい。この場合も、支持部における主輪111の回転軸から補助輪113の回転軸までの領域と把持部とが連結部によって連結されていればよい。
最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
4…筒部
5…支柱部
6…筐体部
14…接続部
15…第1ヒンジ部
16…把持部
17…第2ヒンジ部
18…第3ヒンジ部
20…傾斜角センサ
21…制御部
22…ROM
23…RAM
24…ジャイロセンサ
25…駆動部
26…把持部
27…ロータリエンコーダ
28…ユーザインタフェース
36…把持部
100…手押し車
110…本体部
111…主輪
112…支持部
113…補助輪
116…延伸部
117…連結部
200…手押し車
216…延伸部
300…手押し車
316…延伸部

Claims (4)

  1. 第1車輪と、
    一方の端が、前記第1車輪の回転軸に対してピッチ方向に回転可能に支持されている本体部と、
    前記本体部の前記一方の端または前記第1車輪の回転軸に支持されている支持部と、
    前記第1車輪の回転による前記支持部の進行方向に対して前記第1車輪より後方で前記支持部に回転可能に支持されている第2車輪と、
    前記本体部のピッチ方向の傾斜角の角度変化を検出する検出部と、
    前記検出部の出力に基づいて、前記本体部の目標値に対するピッチ方向の角度変化が0になるように前記第1車輪を駆動、制御する駆動制御部と、を備えた手押し車であって、
    前記本体部の他方の端に接続され、前記他方の端から前記進行方向の後方側へ延伸されている延伸部と、
    前記支持部における、前記第1車輪の回転軸から前記第2車輪の回転軸までの領域と前記延伸部とを連結し、前記支持部と前記延伸部とに対してピッチ方向に回転可能に支持されている連結部と、を備え、前記支持部と前記延伸部と前記本体部と前記連結部は枠形状を構成する、ことを特徴とする手押し車。
  2. 前記支持部と前記延伸部とは、平行または略平行であり、
    前記本体部と前記連結部とは、平行または略平行である、ことを特徴とする、請求項1に記載の手押し車。
  3. 前記連結部は、鉛直方向へ延伸されている、ことを特徴とする、請求項1または2に記載の手押し車。
  4. 前記延伸部の延伸方向における前記延伸部の一方端は前記本体部の他方端に接続され、
    前記延伸方向における前記延伸部の他方端は前記連結部に接続されている、請求項1から3の何れかに記載の手押し車。
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